(57)【要約】  基材載置台（１）の基材載置面（１ａ）上に基材（２）が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニット（３）は、長方形のスリット状のプラズマ噴出口（４）が設けられ、絶縁体材料で構成される円筒（５）、及び、円筒（５）の両端を塞ぐ蓋（６）とで構成された筒状チャンバ（７）と、筒状チャンバ（７）内にガスを供給するガス噴出口（８）と、筒状チャンバ（７）内に高周波電磁界を発生させるソレノイドコイル（９）とで構成される。高周波電源（４１）よりソレノイドコイル（９）に高周波電力を供給することにより、筒状チャンバ（７）内にプラズマ（Ｐ）を発生させ、プラズマ噴出口（４）から基材（２）に照射する。プラズマトーチユニット（３）と基材載置台（１）とを相対的に移動しながら基材表面を熱処理することができる。
2011142125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スリット状の開口部を備える筒状チャンバと、
前記チャンバ内にガス導入口を介してガスを供給するガス供給装置と、
前記開口部の長手方向と平行なコイル延出方向を有しかつ前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させるソレノイドコイルと、
前記コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記開口部と対向して配置され、かつ基材を基材載置面に載置する基材載置台と、
前記開口部の長手方向と前記基材載置台の前記基材載置面とが平行な状態を維持しながら、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動させる移動装置と、を備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記移動装置は、前記開口部の長手方向に対して直交する方向沿いに、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動させる、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記筒状チャンバは誘電体の円筒で構成されるとともに、前記チャンバの外側に前記コイルが設けられてなる、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記筒状チャンバは金属の円筒で構成されるとともに、前記チャンバの内側に前記コイルが設けられてなる、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ガス供給装置から前記チャンバにガスを供給する複数のガス導入口は、前記開口部の長手方向と平行に設けられ、かつ前記開口部と対向する面に設けられている、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記コイルの両端部の線状部は、前記コイルの延出方向に対して垂直な向きに曲げられ、前記筒状チャンバの開口部とは逆の向き、かつ前記チャンバの外側に引出されている、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記チャンバを前記コイルの延出方向に対して垂直な面で切った断面形状のうち、前記チャンバ内部の空間は、環状である、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記チャンバを前記コイルの延出方向に対して垂直な面で切った断面形状のうち、前記チャンバ内部の空間は、Ｕ字状である、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記コイルは絶縁部材のコイルケースの空間内に収納され、前記空間内の絶縁性流体に前記コイルが浸され、かつ、前記絶縁性流体が前記空間内で流れることによって前記コイルが冷却される、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記ガス供給装置から前記ガス導入口を介して前記チャンバ内に供給する前記ガスの供給系統は、シースガス用とプラズマガス用との２系統以上で構成されてなる、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記コイルの単位長さ当たりの巻き数は、前記コイルが延出方向において不均一である、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記ソレノイドコイルは、前記コイルの延出方向において複数に分割されて構成されてなる、請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
筒状チャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに形成されたスリット状の開口部から、基材載置台の基材載置面に載置された基材に向けてガスを噴出すると共に、前記開口部の長手方向と平行なコイル延出方向を有するソレノイドコイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させ、
前記開口部の長手方向と前記基材載置台の前記基材載置面とが平行な状態を維持しながら、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動しながら、前記基材の表面を熱処理するプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱プラズマを基材に照射して基材を処理する熱プラズマ処理、又は、反応ガスによるプラズマ又はプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を処理する低温プラズマ処理などのプラズマ処理を行う、プラズマ処理装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の半導体薄膜は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ  ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又は太陽電池に広く利用されている。とりわけ、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴは、キャリア移動度が高いうえ、ガラス基板のような透明の絶縁基板上に作製できるという特徴がある。この特徴を活かして、例えば、液晶表示装置、液晶プロジェクタ又は有機ＥＬ表示装置などの画素回路を構成するスイッチング素子として、或いは、液晶駆動用ドライバの回路素子として、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴが広く用いられている。【０００３】
ガラス基板上に高性能なＴＦＴを作製する方法としては、一般に「高温プロセス」と呼ばれる製造方法がある。ＴＦＴの製造プロセスの中でも、工程中の最高温度が１０００℃程度の高温を用いるプロセスを、一般的に「高温プロセス」と呼んでいる。高温プロセスの特徴は、シリコンの固相成長により、比較的良質の多結晶シリコンを成膜することができる点、シリコンの熱酸化により良質のゲート絶縁層を得ることができる点、及び、清浄な多結晶シリコンとゲート絶縁層との界面を形成できる点である。高温プロセスでは、これらの特徴により、高移動度でしかも信頼性の高い高性能ＴＦＴを安定的に製造することができる。【０００４】
他方、高温プロセスは、固相成長によりシリコン膜の結晶化を行うプロセスであるために、６００℃程度の温度で４８時間程度の長時間の熱処理を必要とする。これは大変長時間の工程であり、工程のスループットを高めるためには必然的に熱処理炉を多数必要とし、低コスト化が難しいという点が課題である。加えて、耐熱性の高い絶縁性基板として石英ガラスを使わざるを得ないため、基板のコストが高く、大面積化には向かないとされている。【０００５】
一方、工程中の最高温度を下げ、安価な大面積のガラス基板上にｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを作製するための技術が「低温プロセス」と呼ばれる技術である。ＴＦＴの製造プロセスの中でも、最高温度が概ね６００℃以下の温度環境下において比較的安価な耐熱性のガラス基板上にｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴを製造するプロセスは、一般に「低温プロセス」と呼ばれている。低温プロセスでは、発振時間が極短時間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化を行うレーザー結晶化技術が広く使われている。レーザー結晶化とは、基板上のシリコン薄膜に高出力のパルスレーザー光を照射することによってシリコン薄膜を瞬時に溶融させ、この溶融したシリコン薄膜が凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術である。【０００６】
しかしながら、このレーザー結晶化技術には幾つかの大きな課題がある。一つは、レーザー結晶化技術によって形成したポリシリコン膜の内部に局在する多量の捕獲準位である。この捕獲準位の存在により、電圧の印加によって能動層を本来移動するはずのキャリアが捕獲され、電気伝導に寄与できず、ＴＦＴの移動度の低下、閾値電圧の増大といった悪影響を及ぼす。更に、レーザー出力の制限によって、ガラス基板のサイズが制限されるといった課題もある。レーザー結晶化工程のスループットを向上させるためには、一回で結晶化できる面積を増やす必要がある。しかしながら、現状のレーザー出力には制限があるため、第７世代（１８００ｍｍ×２１００ｍｍ）といった大型基板にこの結晶化技術を採用する場合には、基板一枚を結晶化するために長時間を要する。【０００７】
また、レーザー結晶化技術は一般的にライン状に成形されたレーザーが用いられ、これを走査させることによって結晶化を行なう。このラインビームは、レーザー出力に制限があるため基板の幅よりも短く、基板全面を結晶化するためには、レーザーを数回に分けて走査する必要がある。これによって基板内にはラインビームの継ぎ目の領域が発生し、二回走査されてしまう領域ができる。この領域は一回の走査で結晶化した領域とは結晶性が大きく異なる。そのため両者の素子特性は大きく異なり、デバイスのバラツキの大きな要因となる。最後に、レーザー結晶化装置は装置構成が複雑であり且つ、消耗部品のコストが高いため、装置コスト及びランニングコストが高いという課題がある。これによって、レーザー結晶化装置によって結晶化したポリシリコン膜を使用したＴＦＴは製造コストが高い素子になってしまう。【０００８】
このような基板サイズの制限、及び、装置コストが高いといった課題を克服するため、「熱プラズマジェット結晶化法」と呼ばれる結晶化技術が研究されている（例えば、非特許文献１を参照）。本技術を以下に簡単に説明する。タングステン（Ｗ）陰極と水冷した銅（Ｃｕ）陽極とを対向させ、ＤＣ電圧を印加すると、両極間にアーク放電が発生する。この電極間に大気圧下でアルゴンガスを流すことによって、銅陽極に空いた噴出孔から熱プラズマが噴出する。熱プラズマとは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、及び、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が１００００Ｋ程度を有する超高温の熱源である。このことから、熱プラズマは、被熱物体を容易に高温に加熱することが可能であり、ａ−Ｓｉ膜を堆積した基板が超高温の熱プラズマ前面を高速走査することによって、ａ−Ｓｉ膜を結晶化することができる。【０００９】
このように装置構成が極めて単純であり、且つ大気圧下での結晶化プロセスであるため、装置をチャンバー等の高価な部材で覆う必要が無く、装置コストが極めて安くなることが期待できる。また、結晶化に必要なユーティリティは、アルゴンガスと電力と冷却水であるため、ランニングコストも安い結晶化技術である。【００１０】
図１６は、この熱プラズマを用いた半導体膜の結晶化方法を説明するための模式図である。【００１１】
図１６において、熱プラズマ発生装置３１は、陰極３２と、この陰極３２と所定距離だけ離間して対向配置される陽極３３とを備えて構成される。陰極３２は、例えばタングステン等の導電体で構成される。陽極３３は、例えば銅などの導電体で構成される。また、陽極３３は、中空に形成され、この中空部分に水を通して冷却可能に構成されている。また、陽極３３には噴出孔（ノズル）３４が設けられている。陰極３２と陽極３３の間に直流（ＤＣ）電圧を印加すると、両極間にアーク放電が発生する。この状態において、陰極３２と陽極３３の間に大気圧下でアルゴンガス等のガスを流すことによって、上記の噴出孔３４から熱プラズマ３５を噴出させることができる。ここで、「熱プラズマ」とは、熱平衡プラズマであり、イオン、電子、及び、中性原子などの温度がほぼ等しく、それらの温度が１００００Ｋ程度を有する超高温の熱源である。【００１２】
このような熱プラズマを、半導体膜の結晶化のための熱処理に利用することができる。具体的には、基板３６上に半導体膜３７（例えば、アモルファスシリコン膜）を形成しておき、当該半導体膜３７に熱プラズマ（熱プラズマジェット）３５を当てる。このとき、熱プラズマ３５は、半導体膜３７の表面と平行な第１軸（図示の例では左右方向）に沿って相対的に移動させながら半導体膜３７に当てられる。すなわち、熱プラズマ３５は、第１軸方向に走査しながら半導体膜３７に当てられる。ここで「相対的に移動させる」とは、半導体膜３７（及びこれを支持する基板２３）と熱プラズマ３５とを相対的に移動させることを言い、一方のみを移動させる場合と両者を共に移動させる場合のいずれも含まれる。このような熱プラズマ３５の走査により、半導体膜３７が熱プラズマ３５の有する高温によって加熱され、結晶化された半導体膜３８（本例ではポリシリコン膜）が得られる（例えば、特許文献１を参照）。【００１３】
図１７は、最表面からの深さと温度の関係を示す概念図である。図１７に示すように、熱プラズマ３５を基板３６上で高速で移動させることにより、基板３６の表面近傍のみを高温で処理することができる。熱プラズマ３５が通り過ぎた後、加熱された領域は速やかに冷却されるので、表面近傍はごく短時間だけ高温になる。【００１４】
このような熱プラズマは、点状領域に発生させるのが一般的である。熱プラズマは、陰極３２からの熱電子放出によって維持されており、プラズマ密度の高い位置では熱電子放出がより盛んになるため、正のフィードバックがかかり、ますますプラズマ密度が高くなる。つまり、アーク放電は陰極の１点に集中して生じることとなり、熱プラズマは点状領域に発生する。【００１５】
半導体膜の結晶化など、平板状の基材を一様に処理したい場合には、点状の熱プラズマを基材全体に渡って走査する必要があるが、走査回数を減らしてより短時間で処理できるプロセスを構築するには、熱プラズマの照射領域を広くすることが有効である。このため、古くから熱プラズマを大面積に発生させる技術が検討されている。【００１６】
例えば、プラズマトーチの外ノズルより噴射するプラズマジェットに、外ノズルの中心軸線と交差する方向でプラズマジェットを広幅化させるための広幅化ガスを２ケ所から同時に噴出し、プラズマジェットを広幅化させる方法が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。あるいは、ノズル通路の口部が、当該ノズル通路の軸芯に対して所定角度で傾斜していることを特徴とするプラズマノズルを設け、ノズル通路を構成するケーシング、又は、そのケーシングの一部を、その長手軸芯回りに高速で回転させ、プラズマノズルをワークピースに沿って通過移動させる方法が開示されている（例えば、特許文献３を参照）。また、少なくとも一つの偏芯して配置されたプラズマノズルを持つ回転ヘッドを設けたものが開示されている（例えば、特許文献４を参照）。【００１７】
なお、大面積を短時間で処理することを目的としたものではないが、熱プラズマを用いた溶接方法として、帯状電極を用い、その幅方向が溶接線方向となるように配置して溶接することを特徴とする高速ガスシールドアーク溶接方法が開示されている（例えば、特許文献５を参照）。【００１８】
また、扁平な直方体状の絶縁体材料を用いた、線状の細長い形状をなす誘導結合型プラズマトーチが開示されている（例えば、特許文献６を参照）。【００１９】
なお、長尺の電極を用いた細長い線状のプラズマを生成する方法が開示されている（例えば、特許文献７を参照）。熱プラズマを発生させるものと記載されているが、これは低温プラズマを発生させるものであり、熱処理に適した構成ではない。仮に熱プラズマを発生させたとすると、電極を用いた容量結合型であるため、アーク放電が一箇所に集中し、長尺方向に均一な熱プラズマを発生させることは困難と推察される。一方、低温プラズマ処理装置としては、エッチングガス又はＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏ  ｓｉｔｉｏｎ）用のガスをプラズマ化することにより、エッチング又は成膜などのプラズマ処理が可能な装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００８−５３６３４号公報
【特許文献２】特開平０８−１１８０２７号公報
【特許文献３】特開２００１−６８２９８号公報
【特許文献４】特表２００２−５００８１８号公報
【特許文献５】特開平０４−２８４９７４号公報
【特許文献６】特表２００９−５４５１６５号公報
【特許文献７】特開２００７−２８７４５４号公報
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】"Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉ  ｉｎ  Ｍｉｌｌｉｓｅｃｏｎｄ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｙ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｊｅｔ  Ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ"  Ｓ．Ｈｉｇａｓｈｉ，  Ｈ．Ｋａｋｕ，  Ｔ．Ｏｋａｄａ，  Ｈ．Ｍｕｒａｋａｍｉ，  ａｎｄ  Ｓ．Ｍｉｙａｚａｋｉ，  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．５Ｂ，（２００６）ｐｐ．４３１３−４３２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、半導体の結晶化など、ごく短時間だけ基材の表面近傍を高温処理する用途に対して、従来の熱プラズマを大面積に発生させる技術は有効ではなかった。【００２３】
従来例に示した特許文献２に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、広幅化はされるものの、広幅化された領域における温度分布は１００℃以上となっており、均一な熱処理の実現は不可能である。【００２４】
また、従来例に示した特許文献３、４に記載の、熱プラズマを大面積に発生させる技術においては、本質的には熱プラズマを揺動させるものであるから、実質的に熱処理されている時間は、回転させずに走査した場合と比べて短くなるので、大面積を処理する時間が特段短くなるものではない。また、均一処理のためには回転速度を走査速度に比べて十分に大きくする必要があり、ノズルの構成が複雑化することは避けられない。【００２５】
また、従来例に示した特許文献５に記載の技術は溶接技術であり、大面積を均一に処理するための構成ではない。仮にこれを大面積処理用途に適用しようとしても、この構成においては点状のアークが帯状電極に沿って振動するので、時間平均すると均一にプラズマが発生するものの、瞬間的には不均一なプラズマが生じている。したがって、大面積の均一処理には適用できない。【００２６】
また、従来例に示した特許文献６に記載の技術は、非特許文献１又は特許文献１に開示されているＤＣアーク放電を用いたものと異なり、誘導結合型の高周波プラズマトーチであることが特徴である。無電極放電であることから、熱プラズマの安定性に優れ（時間変化が小さい）、電極材料の基材への混入（コンタミネーション）が少ないという利点がある。【００２７】
さて、誘導結合型プラズマトーチにおいては、高温プラズマから絶縁体材料を保護するために、絶縁体材料を二重管構成としてその間に冷媒を流す方法が一般的に採用されている。しかしながら、従来例に示した特許文献６に記載の技術においては、絶縁体材料が扁平な直方体状をなしていることから、これを単純に二重管構成としただけでは、十分な流量の冷媒を流すことができない。なぜなら、絶縁体材料は一般に金属に比べて機械的強度に劣るため、絶縁体材料を長尺方向に余りに長くすると、二重管の内圧を高くできなくなるからである。このため、大面積を均一に処理するのに限界がある。【００２８】
また、仮に絶縁体材料の冷却の問題がないと仮定しても、従来例に示した特許文献６に記載の技術においては、絶縁体材料の内部空間に形成した高温プラズマは、その最下部から噴出するごく一部のみが基材に直接作用する構成であるため、電力効率が悪いという問題点がある。また、絶縁体材料の内部空間においては、中心付近のプラズマ密度が高くなるので、長尺方向にプラズマが不均一となり、基材を均一に処理することができないという問題点がある。【００２９】
なお、点状の熱プラズマであっても、その直径が大きければ大面積処理の際の走査回数を減らせるため、用途によっては短時間で処理できる。しかし、熱プラズマの直径が大きいと、走査時に熱プラズマが基材上を通過する時間が実質的に長くなるため、ごく短時間だけ基材の表面近傍のみを高温処理することはできず、基材のかなり深い領域までが高温になり、例えばガラス基板の割れ又は膜剥がれなどの不具合を生じることがある。【００３０】
本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、あるいは、反応ガスによるプラズマ又はプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することのできるプラズマ処理装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成している。【００３２】
本発明のプラズマ処理装置は、スリット状の開口部を備える筒状チャンバと、
前記チャンバ内にガス導入口を介してガスを供給するガス供給装置と、
前記開口部の長手方向と平行なコイル延出方向を有しかつ前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させるソレノイドコイルと、
前記コイルに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記開口部と対向して配置され、かつ基材を基材載置面に載置する基材載置台と、
前記開口部の長手方向と前記基材載置台の前記基材載置面とが平行な状態を維持しながら、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動させる移動装置と、を備えることを特徴とする。【００３３】
このような構成により、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、あるいは、反応ガスによるプラズマ又はプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。【００３４】
本発明のプラズマ処理装置において、前記移動装置は、前記開口部の長手方向に対して直交する方向沿いに、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動させるようにしてもよい。このようにすれば、基材の所望の被処理領域全体をより短時間で処理することができる。【００３５】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記筒状チャンバは誘電体の円筒で構成されるとともに、前記チャンバの外側に前記コイルが設けられてなるように構成してもよい。また、本発明のプラズマ処理装置において、前記筒状チャンバは金属の円筒で構成されるとともに、前記チャンバの内側に前記コイルが設けられてなるように構成してもよい。特に、後者の場合、プラズマ噴射口と基材載置台との間にソレノイドコイルが位置しない構成となるので、長手方向の処理の均一性が高くなるという利点がある。【００３６】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス供給装置から前記チャンバにガスを供給する複数のガス導入口は、前記開口部の長手方向と平行に設けられ、かつ前記開口部と対向する面に設けられているように構成してもよい。ことが望ましい。【００３７】
このような構成により、ガス噴出口から基材載置台に向かうガスの流れがスムーズになって層流化しやすく、安定したプラズマ処理が可能となる利点がある。【００３８】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記コイルの両端部の線状部は、前記コイルの延出方向に対して垂直な向きに曲げられ、前記筒状チャンバの開口部とは逆の向き、かつ前記チャンバの外側に引出されているように構成してもよい。【００３９】
このような構成により、組み立てやすい装置を実現できる。【００４０】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記チャンバを前記コイルの延出方向に対して垂直な面で切った断面形状のうち、前記チャンバ内部の空間は、環状であるように構成してもよい。また、本発明のプラズマ処理装置において、前記チャンバを前記コイルの延出方向に対して垂直な面で切った断面形状のうち、前記チャンバ内部の空間は、Ｕ字状であるように構成してもよい。特に、後者の場合、ガス噴出口から基材載置台に向かうガスの流れがスムーズになって層流化しやすく、安定したプラズマ処理が可能となる利点がある。【００４１】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記コイルは絶縁部材のコイルケースの空間内に収納され、前記空間内の絶縁性流体に前記コイルが浸され、かつ、前記絶縁性流体が前記空間内で流れることによって前記コイルが冷却される構成としてもよい。【００４２】
このような構成により、ソレノイドコイルと、ソレノイドコイルを格納した絶縁部材の双方を、効果的に冷却することが可能となる。【００４３】
また、本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス供給装置から前記ガス導入口を介して前記チャンバ内に供給する前記ガスの供給系統は、シースガス用とプラズマガス用との２系統以上で構成されてなるようにしてもよい。【００４４】
このような構成により、プラズマ生成に適したプラズマガスと、筒状チャンバの内壁、又は、ソレノイドコイルを格納した絶縁部材の壁面を保護するシースガスとに分けて、ガス種又はガス流量などを適宜調整することにより、安定したプラズマ処理が可能となる利点がある。【００４５】
また、前記コイルの単位長さ当たりの巻き数は、前記コイルが延出方向において不均一であるように構成してもよいし、あるいは、前記ソレノイドコイルは、前記コイルの延出方向において複数に分割されて構成されてなるようにしてもよい。【００４６】
このような構成により、長手方向の処理の均一性を高めることができる。【００４７】
第２発明のプラズマ処理方法は、筒状チャンバ内にガスを供給しつつ、前記チャンバに形成されたスリット状の開口部から、基材載置台の基材載置面に載置された基材に向けてガスを噴出すると共に、前記開口部の長手方向と平行なコイル延出方向を有するソレノイドコイルに高周波電力を供給することで、前記チャンバ内に高周波電磁界を発生させ、
前記開口部の長手方向と前記基材載置台の前記基材載置面とが平行な状態を維持しながら、前記チャンバと前記基材載置台とを相対的に移動しながら、前記基材の表面を熱処理するプラズマ処理方法である。【００４８】
本発明のプラズマ処理方法において、筒状チャンバの長手方向をなす壁が誘電体で構成され、ソレノイドコイルが筒状チャンバの外側に設けられている状態で基材を処理してもよいし、あるいは、筒状チャンバの長手方向をなす壁が金属で構成され、ソレノイドコイルが筒状チャンバの内側に設けられている状態で基材を処理してもよい。特に、後者の場合、プラズマ噴射口と基材載置台との間にソレノイドコイルが位置しない構成となるので、長手方向の処理の均一性が高くなるという利点がある。【００４９】
また、本発明のプラズマ処理方法において、前記ガス供給装置から前記チャンバにガスを供給する複数のガス導入口は、前記開口部の長手方向と平行に設けられ、かつ前記開口部と対向する面に設けられている状態で基材を処理することが望ましい。【００５０】
このような構成により、ガス噴出口から基材載置台に向かうガスの流れがスムーズになって層流化しやすく、安定したプラズマ処理が可能となる利点がある。【００５１】
また、本発明のプラズマ処理方法において、前記コイルの両端部の線状部は、前記コイルの延出方向に対して垂直な向きに曲げられ、前記筒状チャンバの開口部とは逆の向き、かつ前記チャンバの外側に引出されている状態で基材を処理することが望ましい。【００５２】
このような構成により、組み立てやすい装置での処理を実現できる。【００５３】
また、本発明のプラズマ処理方法において、前記チャンバを前記コイルの延出方向に対して垂直な面で切った断面形状のうち、前記チャンバ内部の空間は、環状である状態で基材を処理してもよいし、あるいは、前記チャンバを前記コイルの延出方向に対して垂直な面で切った断面形状のうち、前記チャンバ内部の空間は、Ｕ字状である状態で基材を処理してもよい。特に、後者の場合、ガス噴出口から基材載置台に向かうガスの流れがスムーズになって層流化しやすく、安定したプラズマ処理が可能となる利点がある。【００５４】
また、本発明のプラズマ処理方法において、前記コイルは絶縁部材のコイルケースの空間内に収納され、前記空間内の絶縁性流体に前記コイルが浸され、かつ、前記絶縁性流体が前記空間内で流れることによって前記コイルが冷却される状態で基材を処理する構成としてもよい。【００５５】
このような構成により、ソレノイドコイルと、ソレノイドコイルを格納した絶縁部材の双方を、効果的に冷却することが可能となる。【００５６】
また、本発明のプラズマ処理方法において、前記ガス供給装置から前記ガス導入口を介して前記チャンバ内に供給する前記ガスの供給系統は、シースガス用とプラズマガス用との２系統以上で構成されてなる状態で基材を処理することが望ましい。【００５７】
このような構成により、プラズマ生成に適したガスと、筒状チャンバの内壁、又は、ソレノイドコイルを格納した絶縁部材の壁面を保護するガスとに分けて、ガス種又はガス流量などを適宜調整することにより、安定したプラズマ処理が可能となる利点がある。【００５８】
また、本発明のプラズマ処理方法において、前記コイルの単位長さ当たりの巻き数は、前記コイルが延出方向において不均一である状態で基材を処理してもよく、あるいは、前記ソレノイドコイルは、前記コイルの延出方向において複数に分割されて構成されてなる状態で基材を処理してもよい。【００５９】
このような構成により、長手方向の処理の均一性を高めることができる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明によれば、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
本発明のこれらと他の目的と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。この図面においては、
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置と四角形の基材及び基材載置台との関係を示すプラズマ処理装置の底面図であり、
【図１Ｃ】図１Ｃは、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置と円形の基材及び基材載置台との関係を示すプラズマ処理装置の底面図であり、
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す、図１ＡのＡ−Ａ線の切断部端面図であり、
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の移動装置を示す斜視図であり、
【図３】図３は、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図４】図４は、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す、図３のＢ−Ｂ線の切断部端面図であり、
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の第２実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの本発明の第２実施形態におけるプラズマ処理装置と基材及び基材載置台との関係を示すプラズマ処理装置の底面図であり、
【図６】図６は、本発明の第２実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す、図５ＡのＣ−Ｃ線の切断部端面図であり、
【図７】図７は、本発明の第３実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図８】図８は、本発明の第３実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す、図７のＤ−Ｄ線の切断部端面図であり、
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第４実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図９Ｂ】図９Ｂは、図９Ａの本発明の第４実施形態におけるプラズマ処理装置と基材及び基材載置台との関係を示すプラズマ処理装置の底面図であり、
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第４実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す、図９ＡのＥ−Ｅ線の切断部端面図であり、
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図９Ａの本発明の第４実施形態におけるプラズマ処理装置と基材及び基材載置台との関係を示すプラズマ処理装置の底面図であり、
【図１１】図１１は、本発明の第５実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図１２】図１２は、本発明の第５実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図１３】図１３は、本発明の第６実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図１４】図１４は、本発明の第７実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の第９実施形態第８実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の前記種々の実施形態において、螺旋形のソレノイドコイルに代えて使用可能な、多重の螺旋形のコイルを示す図であり、
【図１６】図１６は、従来例の熱プラズマを用いた半導体膜の結晶化方法を説明するための模式図であり、
【図１７】図１７は、従来例における最表面からの深さと温度の関係を示す概念図であり、
【図１８】図１８は、本発明の第９実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図１９Ａ】図１９Ａは、本発明の実施形態の第１変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本発明の実施形態の第１変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図２０】図２０は、本発明の実施形態の第１変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図であり、
【図２１】図２１は、本発明の実施形態の第２変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図２２】図２２は、本発明の実施形態の第３変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図２３】図２３は、本発明の実施形態の第４変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図であり、
【図２４】図２４は、本発明の実施形態の第５変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図であり、
【図２５】図２５は、本発明の実施形態の第６変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す斜視図であり、
【図２６】図２６は、本発明の実施形態の第７変形例におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図ある。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、図面を参照して本発明における第１実施形態を詳細に説明する。
【００６３】
以下、本発明の実施の形態における熱プラズマ処理装置について図面を用いて説明する。
【００６４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１Ａ〜図４を参照して説明する。
【００６５】
図１Ａは、本発明の第１実施形態における熱プラズマ処理装置の構成を示すものである。図１Ｂは、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置と四角形の基材２及び基材載置台１との関係を示すプラズマ処理装置の底面図である。図１Ａ及び図１Ｂは、誘導結合型プラズマトーチユニット３の長尺方向に平行で、かつ、ソレノイドコイル９の中心軸１０を含み、かつ、基材２の表面に対して垂直な面で切った断面図である。また、図２Ａは、図１Ａに示した破線Ａ−Ａで切った切断部端面図である。なお、以下の説明では、基材２は四角形で説明しているが、図１Ｃに示すように、本発明の第１実施形態におけるプラズマ処理装置は円形の基材２Ａ（基材載置台１は図示を省略）にも適用可能である。
【００６６】
基材２の一例としては、半導体基板などが挙げられる。
【００６７】
図１Ａ及び図２Ａにおいて、基材載置台１の矩形又は円形の基材載置面１ａ上に基材２が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニット３は、筒状チャンバ７と、ガス導入口の一例としてのガス噴出口８と、ソレノイドコイル９とで構成されている。
【００６８】
筒状チャンバ７は、長方形のスリット状のプラズマ噴出口４（これを「開口部」と称する場合もある。）が下端面に設けられ、絶縁体材料で構成される円筒５、及び、円筒５の両端をそれぞれ塞ぐ蓋６とで構成されている。
【００６９】
ガス噴出口８は、各蓋６の中央部から筒状チャンバ７内に挿入されたガス噴出管で構成されて、筒状チャンバ７内にガス供給装置４０からガスを一定流速で供給する。
【００７０】
ソレノイドコイル９は、円筒５の外側に、円筒５の中心軸１０と同心に配置されて、高周波電力を高周波電源４１から供給して筒状チャンバ７内に高周波電磁界を発生させる。
【００７１】
基材載置台１（或いは、基材載置台１の基材載置面１ａ上に載置された基材２）は、プラズマ噴出口４と対向して配置されている。この状態で、筒状チャンバ７内にガス噴出口８よりガスを供給しつつ、プラズマ噴出口４から基材２に向けてガスを噴出させながら、高周波電源４１よりソレノイドコイル９に高周波電力を供給することにより、筒状チャンバ７内にプラズマＰを発生させ、プラズマ噴出口４からプラズマＰを基材２に照射する。
【００７２】
ソレノイドコイル９の中心軸１０の方向と、プラズマ噴出口４（開口部）の長手方向と、基材載置台１の基材載置面１ａ（基材２の表面）とは、平行に配置されている。ソレノイドコイル９の中心軸１０の方向とは、ソレノイドコイル９が延びる方向（コイル延出方向）を意味する。また、プラズマ噴出口４（開口部）の長手方向とは交差する向き、例えば、生産効率を向上させる観点からは、プラズマ噴出口４（開口部）の長手方向とは垂直な（直交する）向き（図１Ａにおける紙面と垂直な向き、図２Ａにおける矢印の向き）に、筒状チャンバ７を含むプラズマトーチユニット３と基材載置台１とを、移動装置４２により、均一速度で相対的に移動しながら基材表面を熱処理することができる。このようにして、基材２の表面近傍１１を均一に熱処理することができる。
【００７３】
固定された基材載置台１上の基材２に対して、プラズマトーチユニット３を均一速度で移動させる移動装置４２の一例を図２Ｂに示す。図２Ｂにおいて、移動装置４２は、プラズマトーチユニット３を両端で支持するプラズマトーチユニット支持アーム４２ａが固定されるブラケット４２ｂと、移動装置４２の移動方向（コイル延出方向）沿いに延在したレール４２ｃと、ブラケット４２ｂが固定され、かつ移動駆動装置の一例として備えられた移動駆動用モータ４２ｄを正逆回転させて、モータ４２ｄに係合したネジ軸が固定されたレール４２ｃ沿いにブラケット４２ｂを均一速度で移動させる移動ステージ４２ｅとより構成されている。よって、制御装置４３の制御の元に、移動駆動用モータ４２ｄが正回転することにより移動ステージ４２ｅがレール４２ｃ沿いに均一速度で前進又は後退して、ブラケット４２ｂ及び一対の支持アーム４２ａを介してプラズマトーチユニット３を基材２に対して移動させることができる。
【００７４】
このように、制御装置４３での制御の元に、移動装置４２でプラズマトーチユニット３３を基材２上で均一速度で移動させつつ、プラズマ処理を行わせることができる。
【００７５】
移動装置４２でプラズマトーチユニット３３を基材２上で移動させるとき、移動方向は一方向でもよいし、往復移動させるようにしてもよい。
【００７６】
この移動装置４２は、後述する他の実施形態又は変形例にも適用可能である。
【００７７】
制御装置４３は、ガス供給装置４０と、高周波電源４１と、移動装置４２などとの動作をそれぞれ制御して、所望のプラズマ処理を行うように制御している。
【００７８】
ソレノイドコイル９は、円筒５と同軸にかつ円筒５の外側に配置された螺旋形の銅管であり、内部に冷却水を流して冷却している。プラズマへの銅の混入を防ぐとともにアーク放電を抑制するため、ソレノイドコイル９の表面は絶縁膜で被覆されている。また、円筒５を構成する部材の内部及び蓋６の内部にも水冷配管がそれぞれ設けられ、水冷配管内に冷却水を流すことにより、円筒５及び蓋６の冷却を行い、プラズマＰからの熱ダメージを低減している。円筒５を直径の異なる２つの絶縁材料の円筒部材で構成することで、それらの２つの円筒部材間の隙間で水冷配管を構成してもよい。
【００７９】
この構成においては、筒状チャンバ７の長手方向をなす壁が誘電体（円筒５）で構成され、ソレノイドコイル９が筒状チャンバ７の外側に設けられており、プラズマ噴射口４と基材載置台１との間にソレノイドコイル９の一部が位置する構成となっている。
【００８０】
また、プラズマ噴射口４の長尺方向の長さが、基材２の幅より大きくなっているので、一度の走査（プラズマトーチユニット３と基材載置台１とを相対的に移動すること）で基材２の表面近傍１１の全体を熱処理することができる。
【００８１】
また、筒状チャンバ７内にガスを供給するガス噴出口８が、２つの蓋６の両方に、ソレノイドコイル９の中心軸方向（延出方向）と垂直な面に設けられている。
【００８２】
このような熱プラズマ処理装置において、ソレノイドコイル９の内部に冷却水を流しかつ円筒５及び蓋６の内部の水冷配管内にも冷却水を流して冷却をそれぞれ行いつつ、筒状チャンバ７内にガス噴出口８よりＡｒ又はＡｒ＋Ｈ２ガスを供給しつつ、プラズマ噴出口４から基材２に向けてガスを噴出させながら、高周波電源４１より１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、ソレノイドコイル９に供給することにより、筒状チャンバ７内にプラズマＰを発生させ、プラズマ噴出口４からプラズマＰを基材２に照射するとともに走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
【００８３】
このように、ソレノイドコイル９の中心軸１０の方向と、プラズマ噴出口４の長手方向と、基材載置台１の基材載置面１ａ（基材２の表面）とが平行に配置されたまま、プラズマ噴出口４の長手方向とは垂直な向きに、筒状チャンバ７と基材載置台１とを相対的に移動するので、生成すべきプラズマＰの長さと、基材２の処理長さがほぼ等しくなるように構成することが可能となる。このように構成すれば、筒状チャンバ７と基材載置台１とを相対的に１回移動させれば、基材２の熱処理が終了するので、生産効率が高くなる。ただし、生成すべきプラズマＰの長さを基材２の処理長さよりも短くしても、筒状チャンバ７と基材載置台１とを相対的に２，３回移動させるだけでよい場合には、数百回往復移動させていた従来の場合よりも、生産効率が高くすることができる。
【００８４】
また、筒状チャンバ７をその中心軸に垂直な面で切った断面の幅（図２Ａ及び図４における、筒状チャンバ７の内部空間の幅）は、プラズマ噴出口４の幅（図２Ａ及び図４における隙間の長さ）より少しでも大きければよい。つまり、生成すべきプラズマＰの体積を、従来と比較して極めて小さくすることができる。その結果、電力効率が飛躍的に高まる。
【００８５】
また、ソレノイドコイル９の中心軸１０の方向と、プラズマ噴出口４の長手方向とが平行に配置されている状態を維持するのは、熱プラズマの長尺方向の均一性を確保するため、筒状チャンバ７の内部空間においては、中心軸１０の向きに比較的均一なプラズマを生成することができるので、長尺方向にプラズマが均一となり、基材２を均一に処理することができる。すなわち、ソレノイドコイル９の中心軸１０の方向と、プラズマ噴出口４の長手方向とが平行に配置されている状態を維持するのは、熱プラズマの長尺方向の均一性を確保するためである。この平行関係が大幅に崩れると、熱プラズマが長尺方向に不均一となってしまい、好ましくない。また、ソレノイドコイル９の中心軸１０の方向と、プラズマ噴出口４の長手方向と、基材載置台１の基材載置面１ａ（基材２の表面）とが平行に配置されている状態を維持するのは、生産効率を上げるためである。よって、ソレノイドコイル９の中心軸１０の方向と、プラズマ噴出口４の長手方向と、基材載置台１の基材載置面１ａ（基材２の表面）との平行関係は、本実施形態のみならず、他の実施形態でも維持されることが好ましい。
【００８６】
なお、図３及び図４に示すように、筒状チャンバ７内にガスを供給するガス噴出口８の配列方向が、ソレノイドコイル９の中心軸１０の方向と平行（言い換えれば、ガス噴出口８からのガスの噴出方向がソレノイドコイル９の中心軸１０の方向と直交する方向）で、かつ、プラズマ噴出口４（開口部）と対向する面に設けられている構成も可能である。この構成においては、筒状チャンバ７内のガス流れの向きが、ソレノイドコイル９の中心軸１０とは垂直な方向になる。このような構成により、ガス噴出口８から基材載置台１側に向かうガスの流れがスムーズになって層流化しやすく、安定したプラズマ処理が可能となる利点がある。なお、図４は、図３に示した破線Ｂ−Ｂで切った切断部端面図である。
【００８７】
なお、これまでは、円筒５の全部を絶縁体材料から構成する場合を例示している。しかしながら、ソレノイドコイル９に高周波電力を供給することによって発生する高周波電磁界を、筒状チャンバ７内に放射できればよいので、金属材料から構成した筒に、絶縁体材料で構成される窓を設けて、円筒５を構成する構造であってもよい。例えば、ソレノイドコイル９の中心軸１０に平行な、複数の短冊状の窓であれば、高周波電磁界の透過効率をさほど落とさずに、プラズマを発生させることができる。
【００８８】
また、熱処理を可能な限り短くする観点から、一例として、プラズマ噴出口４の幅を１ｍｍとし、移動速度を１〜数ｍｍ／ｓｅｃとするのが好ましい。
【００８９】
本発明の第１実施形態によれば、基材２の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、基材２の所望の被処理領域全体を短時間で処理することができる。
【００９０】
（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について、図５Ａ〜図６を参照して説明する。
【００９１】
図５Ａは、本発明の第２実施形態における熱プラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニット３Ａの長尺方向に平行で、かつ、ソレノイドコイル９Ａの中心軸１０Ａを含み、かつ、基材２の表面に対して垂直な面で切った断面図である。また、図５Ｂは、図５Ａの本発明の第２実施形態におけるプラズマ処理装置と基材及び基材載置台との関係を示すプラズマ処理装置の底面図である。図６は、図５Ａに示した破線Ｃ−Ｃで切った切断部端面図である。
【００９２】
図５Ａ及び図６において、基材載置台１の基材載置面１ａ上に基材２が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニット３Ａは、筒状チャンバ７Ａと、ガス導入口の一例としてのガス噴出口８Ａと、ソレノイドコイル９Ａとで構成している。
【００９３】
筒状チャンバ７Ａは、長方形のスリット状のプラズマ噴出口４Ａ（開口部）が下端面の中央部に設けられ、金属材料で構成され、外形が四角柱状で内部に円形空間が形成されている円筒１２、及び、金属材料で構成されかつ円筒１２の両端を塞ぐ蓋６Ａで構成されている。
【００９４】
ガス噴出口８Ａは、各蓋６Ａの上部から筒状チャンバ７Ａ内に挿入されたガス噴出管で構成されて、筒状チャンバ７Ａ内にガスを供給する。
【００９５】
ソレノイドコイル９Ａは、円筒１２の内側の円形空間内に、円筒１２の中心軸１０Ａと同心に配置されて、高周波電力を高周波電源４１から供給して筒状チャンバ７Ａ内に高周波電磁界を発生させる。２つの蓋６Ａの中央部には、絶縁材料で構成されるブッシュ１３が軸方向に挿入され、ソレノイドコイル９Ａへの給電のために、ソレノイドコイル９Ａの両端部の銅などの導電材料で構成される線状部１４が、筒状チャンバ７Ａの外部に引出されている。筒状チャンバ７Ａ内にガス噴出口８Ａよりガスを供給しつつ、プラズマ噴出口４Ａから基材２に向けてガスを噴出させながら、高周波電源４１よりソレノイドコイル９Ａに高周波電力を供給することにより、筒状チャンバ７内にプラズマＰを発生させ、プラズマ噴出口４ＡからプラズマＰを基材２に照射する。
【００９６】
ソレノイドコイル９Ａの中心軸１０Ａの方向と、プラズマ噴出口４Ａ（開口部）の長手方向と、基材載置台１の基材載置面１ａ（基材２の表面）とは、平行に配置されている。ソレノイドコイル９Ａの中心軸１０の方向とは、ソレノイドコイル９Ａが延びる方向（コイル延出方向）を意味する。また、プラズマ噴出口４Ａ（開口部）の長手方向とは交差する向き、例えば、生産効率を向上させる観点からは、プラズマ噴出口４（開口部）の長手方向とは垂直な（直交する）向き（図５Ａにおける紙面と垂直な向き、図６における矢印の向き）に、筒状チャンバ７Ａを含むプラズマトーチユニット３Ａと基材載置台１とを、移動装置４２により、相対的に移動しながら基材表面を熱処理することができる。このようにして、基材２の表面近傍１１を均一に熱処理することができる。
【００９７】
ソレノイドコイル９Ａは、円筒１２と同軸にかつ円筒１２の内側の円形空間内に配置された螺旋形の銅管であり、内部に冷却水を流して冷却している。プラズマへの銅の混入を防ぐとともにアーク放電を抑制するため、ソレノイドコイル９Ａの表面は絶縁膜で被覆されている。また、円筒１２を構成する部材の内部及び蓋６Ａの内部にも水冷配管がそれぞれ設けられ、水冷配管内に冷却水を流すことにより、円筒１２及び蓋６Ａの冷却を行い、プラズマＰからの熱ダメージを低減している。
【００９８】
この構成においては、筒状チャンバ７Ａの長手方向をなす壁が金属（円筒１２）で構成され、ソレノイドコイル９Ａが筒状チャンバ７Ａの内側に設けられており、プラズマ噴射口４Ａと基材載置台１との間にソレノイドコイル９Ａの一部が位置しない構成となるので、長手方向の処理の均一性が、第１実施形態の構成よりも高くなるという利点がある。
【００９９】
また、プラズマ噴射口４Ａの長尺方向の長さが、基材２の幅より大きくなっているので、一度の走査（プラズマトーチユニット３Ａと基材載置台１とを相対的に移動すること）で基材２の表面近傍１１の全体を熱処理することができる。
【０１００】
また、筒状チャンバ７Ａ内にガスを供給するガス噴出口８Ａが、２つの蓋６Ａの両方に、ソレノイドコイル９Ａの中心軸方向（延出方向）と垂直な面に設けられている。
【０１０１】
このような熱プラズマ処理装置において、筒状チャンバ７Ａ内にガス噴出口８ＡよりＡｒ又はＡｒ＋Ｈ２ガスを供給しつつ、プラズマ噴出口４Ａから基材２に向けてガスを噴出させながら、高周波電源４１より１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、ソレノイドコイル９Ａに供給することにより、筒状チャンバ７Ａ内にプラズマＰを発生させ、プラズマ噴出口４ＡからプラズマＰを基材２に照射するとともに走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
【０１０２】
先の第１実施形態では、ソレノイドコイル９が、内部に冷却水の流路を設けた絶縁材料で構成される円筒５を介してプラズマと結合している。これに対して、第２実施形態では、ソレノイドコイル９Ａは直接プラズマに触れるほど近接した配置でプラズマと結合するため、第１実施形態よりも、電力効率に優れるという利点がある。
【０１０３】
（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について、図７〜図８を参照して説明する。
【０１０４】
図７は、本発明の第３実施形態における熱プラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｂの長尺方向に平行で、かつ、ソレノイドコイル９Ｂの中心軸１０Ｂを含み、かつ、基材２の表面に対して垂直な面で切った断面図である。また、図８は、図７に示した破線Ｄ−Ｄで切った切断部端面図である。
【０１０５】
図７及び図８において、基材載置台１の基材載置面１ａ上に基材２が載置されている。誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｂは、筒状チャンバ７Ｂと、下向き凸形状でかつ先端が半円形状の絶縁部材のコイルケース１６とで大略構成されている。
【０１０６】
筒状チャンバ７Ｂは、ベースブロック１５と細長いリング１７とで構成されている。
【０１０７】
ベースブロック１５は、長方形のスリット状のプラズマ噴出口４Ｂ（開口部）が下端面に設けられ、かつ、上面で開口しかつ大きく下向きに湾曲した凹部１５ａを有する四角柱状の金属材料（例えば、真ちゅう）で構成される。凹部１５ａの下端面にはプラズマ噴出口４Ｂ（開口部）が形成されている。
【０１０８】
細長いリング１７は、ベースブロック１５とコイルケース１６との間に配置される四角枠形状の部材であり、筒状チャンバ７Ｂ内にガスをそれぞれ供給する多数のシースガス噴出口１８と多数のプラズマガス噴出口１９とが下向きに、すなわち、基材載置台１に向けて吐出されるように、形成されている。シースガス噴出口１８及びプラズマガス噴出口１９は、それぞれ、細長いリング１７に挿入されたガス噴出管で構成されて、筒状チャンバ７Ｂ内にガス供給装置４０からのガスをそれぞれ独立して一定流速で供給する。シースガス噴出口１８及びプラズマガス噴出口１９は、例えば、それぞれ、複数個の開口をコイル延出方向と平行に配置するか、又は、それぞれ、１個又は複数個のスリット形状の開口をコイル延出方向と平行に配置することが好ましい。ガス供給装置４０からシースガス噴出口１８を経て一定流速で供給されるシースガスは、ソレノイドコイル９Ｂを格納した絶縁部材（コイルケース１６）の壁面を保護するために供給され、Ａｒ＋Ｈ２ガスなどが使用される。ガス供給装置４０からプラズマガス噴出口１９を経て一定流速で供給されるプラズマガスは、プラズマ生成に必要なために供給され、Ａｒガスなどが使用される。
【０１０９】
コイルケース１６は、ソレノイドコイル９Ｂを内蔵した絶縁材料（例えば、誘電体（セラミック、石英など））で構成されている。コイルケース１６は、ベースブロック１５の凹部１５ａに上部から挿入されて、凹部１５ａの底面とコイルケース１６との間に、断面Ｕ字形状の空間４５を構成している。
【０１１０】
ソレノイドコイル９は、筒状チャンバ７内に高周波電磁界を発生させるものである。コイルケース１６は、例えば誘電体で構成される。
【０１１１】
ソレノイドコイル９Ｂへの給電のために、ソレノイドコイル９Ｂの両端部の線状部１４Ｂが、ソレノイドコイル９Ｂの中心軸１０Ｂの方向とは垂直な向きに曲げられ、プラズマ噴出口４Ｂとは逆の向きにコイルケース１６の外部に引出されている。
【０１１２】
このような構成により、ソレノイドコイル９Ｂをあらかじめコイルケース１６に組み込んだ状態で、コイルケース１６と、ベースブロック１５と、リング１７とを組み立てることができるので、組み立てやすい装置を実現できる。
【０１１３】
筒状チャンバ７Ｂ内にガス供給装置４０からガス噴出口１８及び１９よりガスをそれぞれ一定流速で供給しつつ、プラズマ噴出口４Ｂから基材２に向けてガスを噴出させながら、高周波電源４１よりソレノイドコイル９Ｂに高周波電力を供給することにより、筒状チャンバ７Ｂの空間４５内にプラズマＰを発生させ、プラズマ噴出口４ＢからプラズマＰを基材２に照射する。ソレノイドコイル９Ｂの中心軸１０Ｂの方向と、プラズマ噴出口４Ｂ（開口部）の長手方向と、基材載置台１の基材載置面１ａとは、平行に配置されている。プラズマ噴出口４Ｂ（開口部）の長手方向とは垂直な向き（図７における紙面を貫通する垂直な向き、図８における矢印の向き）に、筒状チャンバ７Ｂを含むプラズマトーチユニット３Ｂと基材載置台１とを移動装置４２により相対的に移動しながら基材表面を熱処理することができる。このようにして、基材２の表面近傍１１を均一に熱処理することができる。
【０１１４】
ソレノイドコイル９Ｂは、螺旋形の銅管であり、内部に冷却水を流して冷却している。これにより、コイルケース１６の冷却も実現される。また、ベースブロック１５とリング１７との内部にも水冷配管がそれぞれ設けられ、水冷配管内に冷却水を流すことにより、ベースブロック１５とリング１７との冷却を行い、プラズマＰからの熱ダメージを低減している。
【０１１５】
この構成においては、筒状チャンバ７Ｂの長手方向をなす壁が金属（ベースブロック１５及びリング１７）で構成され、ソレノイドコイル９Ｂが筒状チャンバ７Ｂの内側に設けられており、プラズマ噴射口４Ｂと基材載置台１との間に障害物は無く、長手方向の処理の均一性が高くなる。
【０１１６】
また、プラズマ噴射口４Ｂの長尺方向の長さが、基材２の幅より大きくなっているので、一度の走査（プラズマトーチユニット３Ｂと基材載置台１とを相対的に移動すること）で基材２の表面近傍１１の全体を熱処理することができる。
【０１１７】
また、筒状チャンバ７Ｂ内にガスを一定流速で供給するガス噴出口１８、１９が、ソレノイドコイル９Ｂの中心軸１０Ｂの方向と平行で、かつ、プラズマ噴出口４Ｂと対向する面に設けられている。
【０１１８】
この構成においては、筒状チャンバ７Ｂ内のガス流れの向きが、ソレノイドコイル９Ｂの中心軸１０Ｂとは垂直な方向になる。このような構成により、ガス噴出口１８、１９から基材載置台１側に向かうガスの流れがスムーズになって層流化しやすく、安定したプラズマ処理が可能となる。
【０１１９】
また、図８に示すように、ベースブロック１５の基材載置台１の基材載置面１ａに対向する面に、プラズマ噴出口４Ｂを挟むように、複数のシールドガス噴射口２０が設けられている。プラズマ噴出口４Ｂ（開口部）の長手方向とは垂直な向き（図７における紙面を貫通する垂直な向き、図８における矢印の向き）沿いに、プラズマ噴出口４Ｂに対して、複数のシールドガス噴射口２０が等間隔離れて（言い換えれば、プラズマ噴出口４Ｂの長手方向中心軸に対して対称に）配置されるのが好ましい。制御装置４３で制御されるガス供給装置４０Ｂから複数のシールドガス噴射口２０を経て一定流速で供給されるシールドガスは、大気中の酸素又は二酸化炭素など、処理に不要、あるいは、悪影響を及ぼすガスのプラズマ照射面への混入を低減するために供給され、Ｎ２ガスなどが使用される。シールドガス噴射口２０は、例えば、それぞれ、複数個の開口をコイル延出方向と平行に配置するか（図９Ｂ参照）、又は、それぞれ、１個又は複数個のスリット形状の開口をコイル延出方向と平行に配置することが好ましい。
【０１２０】
このような構成により、プラズマ生成に適したプラズマガスと、筒状チャンバ７Ｂの内壁、又は、ソレノイドコイル９Ｂを格納した絶縁部材（コイルケース１６）の壁面を保護するシースガスとに分けて、ガス種又はガス流量などを適宜調整することにより、安定したプラズマ処理を可能とするほか、複数のシールドガス噴射口２０からシールドガスを別途供給して、大気中の酸素、二酸化炭素など、処理に不要、あるいは悪影響を及ぼすガスのプラズマ照射面への混入を低減することが可能となる。
【０１２１】
このような熱プラズマ処理装置において、筒状チャンバ７Ｂ内にシースガス噴出口１８よりＡｒ＋Ｈ２ガス、プラズマガス噴出口１９よりＡｒガス、シールドガス噴出口２０からＮ２ガスをそれぞれ一定流速で供給しつつ、プラズマ噴出口４から基材２に向けてガスを噴出させながら、高周波電源４１より１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、ソレノイドコイル９Ｂに供給する。このように動作させることにより、筒状チャンバ７内にプラズマＰを発生させ、プラズマ噴出口４からプラズマＰを基材２に照射するとともに誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｂを基材２に対して相対的に走査することで、半導体膜の結晶化などの熱処理を行うことができる。
【０１２２】
第３実施形態においては、ソレノイドコイル９Ｂはプラズマに近接した配置でプラズマと結合するため、電力効率に優れるという利点がある。また、ソレノイドコイル９Ｂはコイルケース１６に格納されているので、プラズマＰとソレノイドコイル９Ｂとが接触せず、プラズマＰへの銅の混入又はアーク放電が非常に起きにくい。
【０１２３】
また、筒状チャンバ７Ｂをソレノイドコイル９Ｂの中心軸１０Ｂとは垂直な面で切った断面（図８）における筒状チャンバ７Ｂの内部の空間４５の縦断面がＵ字状形状となっており、ガス噴出口１８、１９から基材載置台１側に向かうガスの流れが極めてスムーズになって層流化しやすく、非常に安定したプラズマ処理が可能となる。
【０１２４】
（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について、図９Ａ〜図１０Ｂを参照して説明する。
【０１２５】
図９Ａは、本発明の第４実施形態における熱プラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｃの長尺方向に平行で、かつ、ソレノイドコイル９Ｃの中心軸１０Ｃを含み、かつ、基材に垂直な面で切った断面図である。図９Ｂは、図９Ａの本発明の第４実施形態におけるプラズマ処理装置と基材及び基材載置台との関係を示すプラズマ処理装置の底面図であって、シールドガス噴射口の配置を示す図である。また、図１０Ａは、図９Ａに示した破線Ｅ−Ｅで切った切断部端面図である。図１０Ｂは、図９Ａの本発明の第４実施形態におけるプラズマ処理装置と基材及び基材載置台との関係を示すプラズマ処理装置の底面図であって、シールドガス噴射口２０の図示を省略して、代わりに、シースガス噴出口１８とプラズマガス噴出口１９との配置関係を示す図である。
【０１２６】
図９Ａ及び図１０において、コイルケース１６は内部にソレノイドコイル９Ｃを収納する空間１６Ｃａがあり、その空間１６Ｃａ内に絶縁性流体２１が満たされている。よって、ソレノイドコイル９Ｃは、絶縁性流体２１に浸され、かつ、絶縁性流体２１がチラーによって循環し、コイルケース１６Ｃ内を流れることで、ソレノイドコイル９Ｃ及びコイルケース１６Ｃが冷却される。
【０１２７】
このような構成により、ソレノイドコイル９Ｃと、ソレノイドコイル９Ｃを格納した絶縁部材としてのコイルケース１６Ｃの双方を、効果的に冷却することが可能となる。また、ソレノイドコイル９Ｃとしてチューブ形のパイプを用いる必要がないので、成形がしやすいという利点がある。絶縁性流体２１としては、市水、純水、還元水、又は、絶縁オイルなどを用いることができる。
【０１２８】
なお、それ以外の構成については、第３実施形態と同じであるため、同じ符号を付して、ここでは説明を省略する。
【０１２９】
（第５実施形態）
以下、本発明の第５実施形態について、図１１〜図１２を参照して説明する。
【０１３０】
図１１、図１２は、本発明の第５実施形態における熱プラズマ処理装置の構成を示すものである。これらの図において、ソレノイドコイル９Ｄの中心軸に垂直な面で切った切断部端面図である。誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｄの長尺方向に平行で、かつ、ソレノイドコイル９Ｄの中心軸を含み、かつ、基材２に垂直な面で切った切断部端面図は、第３実施形態における図７と同じであり、図１１及び図１２は、図７に示した破線Ｄ−Ｄで切った切断部端面図である。
【０１３１】
図１１において、ベースブロック１５Ｄは、上面で開口しかつ大きく下向きにくぼんだ凹部１５Ｄａを有する四角柱状の金属材料（例えば真鍮）で構成されている。るベースブロック１５Ｄの凹部１５Ｄａの内部形状は、縦断面形状において、上部から中央部までは下向きに真っ直ぐな一対の側壁１５Ｄｂで構成し、中央部から下端に向けて、下端面の中央に配置されたスリット状のプラズマ噴出口４Ｂに近いほど狭くなるように一対の傾斜面１５Ｄｃで構成されている。
【０１３２】
第３実施形態では、ベースブロック１５の内部断面を円弧状としているが、第５実施形態のベースブロック１５では、図１１及び図１２のように、上部から中央部までは下向きに真っ直ぐな一対の側壁１５Ｄｂで構成し、中央部から下端に向けて、下端面の中央に配置されたスリット状のプラズマ噴出口４Ｂに近いほど狭くなるように一対の傾斜面１５Ｄｃで三角形状に構成するようになっている。このような構成により、ガス噴出口１８、１９から基材載置台１側に向かうガスの流れがさらにスムーズになって層流化しやすく、非常に安定したプラズマ処理が可能となる。なお、それ以外の構成については、第３実施形態と同じであるため、同じ符号を付して、ここでは説明を省略する。また、制御装置４３などの装置も、第３実施形態と同じであるため、ここでは図示及び説明を省略する。
【０１３３】
また、図１２においては、金属材料で構成されるベースブロック１５の内部形状が、前記したようにスリット状のプラズマ噴出口４に近いほど狭くなるように構成されていることに加え、コイルケース１６Ｄの外形も、プラズマ噴出口４に近いほど狭くなるように下向き凸形状でかつ先端が三角形状に構成されている。第３実施形態では、コイルケース１６の外形断面を円弧状としたが、第５実施形態では、図１２のように、三角形状となっている。このような構成により、ベースブロック１５の凹部１５Ｄａの底面とコイルケース１６Ｄとの間に形成される空間４５Ｄの下部が断面Ｖ字形状となり、ガス噴出口１８、１９から基材載置台１側に向かうガスの流れがさらにスムーズになって層流化しやすく、非常に安定したプラズマ処理が可能となる。この構成では、ソレノイドコイル９Ｄを円筒状の螺旋形状とするのではなく、三角柱状の螺旋形状としてもよい。
【０１３４】
なお、それ以外の構成については、第３実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１３５】
（第６実施形態）
以下、本発明の第６実施形態について、図１３を参照して説明する。なお、この第６実施形態においては、制御装置４３とガス供給装置４０と高周波電源４１と移動装置４２となどとの関係は先の実施形態と同様であるため、図示は省略する。
【０１３６】
図１３は、本発明の第６実施形態における熱プラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｅの長尺方向に平行で、かつ、ソレノイドコイル９Ｅの中心軸１０を含み、かつ、基材２に垂直な面で切った断面図である。
【０１３７】
図１３においては、処理したい基材２の幅が大きい（例えば、幅又は直径が１００ｍｍ以上）場合の熱プラズマ処理装置の構成を示している。第３実施形態における図７との違いは、誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｅが長尺方向に長くなるとともに、ソレノイドコイル９Ｅの長さも長くなり、また、ソレノイドコイル９Ｅの巻き数も多くなっている。なお、それ以外の構成については、第３実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１３８】
（第７実施形態）
以下、本発明の第７実施形態について、図１４を参照して説明する。なお、この第７実施形態においては、制御装置４３とガス供給装置４０と高周波電源４１と移動装置４２となどとの関係は先の実施形態と同様であるため、図示は省略する。
【０１３９】
図１４は本発明の第７実施形態における熱プラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｆの長尺方向に平行で、かつ、ソレノイドコイル９Ｆの中心軸１０を含み、かつ、基材２に垂直な面で切った断面図である。
【０１４０】
図１４においては、処理したい基材２の幅が大きい（例えば、幅又は直径が１００ｍｍ以上）場合の熱プラズマ処理装置の構成を示している。第６実施形態における図１３との違いは、ソレノイドコイル９Ｆの巻き方である。第７実施形態においては、ソレノイドコイル９Ｆの中央部９Ｆａの単位長さ当たりの巻き数よりも、両端部９Ｆｂの単位長さ当たりの巻き数を増している。つまり、ソレノイドコイル９Ｆの単位長さ当たりの巻き数を、意図的に、ソレノイドコイル９Ｆの長手方向に不均一としている。さらに言い換えると、ソレノイドコイル９Ｆの単位長さ当たりの巻き数に関して、ソレノイドコイル９Ｆの中央部９Ｆａよりも両端部９Ｆｂの方が密となるように構成している。
【０１４１】
トーチユニット３Ｆは、その構造上、筒状チャンバ７内のプラズマ密度が長手方向の両端部では低くなりがちである。これは、両端部ではベースブロック１５の内壁面へのプラズマの損失が生じるためである。そこで、第７実施形態では、ソレノイドコイル９Ｆの中央部９Ｆａよりも両端部９Ｆｂの方が密となるようにソレノイドコイル９Ｆを巻くことにより、両端部のプラズマ生成量を高め、長手方向の処理の均一性を高めている。
【０１４２】
ソレノイドコイル９Ｆの巻き方（単位長さ当たりの巻き数を、どのように長手方向に不均一とするか）は、筒状チャンバ７の大きさ、用いるガス種などによって、適宜選択することができる。なお、それ以外の構成については、第６実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１４３】
（第９実施形態第８実施形態）
以下、本発明の第９実施形態第８実施形態について、図１５Ａを参照して説明する。
【０１４４】
図１５Ａは、本発明の第９実施形態第８実施形態における熱プラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニット３Ｇの長尺方向に平行で、かつ、ソレノイドコイル２２，２３，２４の中心軸１０を含み、かつ、基材２に垂直な面で切った断面図である。
【０１４５】
図１５Ａにおいては、処理したい基材２の幅が大きい（例えば、幅又は直径が１００ｍｍ以上）場合の熱プラズマ処理装置の構成を示している。第６実施形態における図１３との違いは、３つのソレノイドコイル２２、２３、２４でトーチユニット３Ｇを構成している点である。つまり、長手方向に複数に分割されたソレノイドコイル２２，２３，２４を用いている。これらのソレノイドコイル２２〜２４は、別個の高周波電源４１ａ，４１ｂ，４１ｃによって制御され、筒状チャンバ７内のプラズマ密度分布を長手方向に制御することができる。なお、この場合も、ソレノイドコイルの単位長さ当たりの巻き数に関して、図１４のように、中央部のソレノイドコイル２３よりも両端部のソレノイドコイル２２，２４の方が密となるように構成してもよい。
【０１４６】
ソレノイドコイル２２〜２４の長さを異なるものの組合せとすること、ソレノイドコイルの数を３以外の任意数とすること、複数のソレノイドコイルを直列又は並列に接続し、１つの高周波電源４１で駆動すること、なども可能である。なお、それ以外の構成については、第６実施形態と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【０１４７】
（第９実施形態）
以下、本発明の第９実施形態について、図１８を参照して説明する。
【０１４８】
図１８は、本発明の第９実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示すもので、誘導結合型プラズマトーチユニットＴの長尺方向に垂直な面で切った断面図であり、図１９Ａに相当する。
【０１４９】
図１８において、石英ブロック６４に、長尺チャンバに平行に設けられ、かつ、誘電体で囲まれた長尺の穴が設けられ、その内部に長尺のソレノイドコイル６３が収納されている。プラズマガスは、プラズマガスマニホールド６９から、真鍮ブロック６５及び石英ブロック６４を貫通するプラズマガス供給配管７０、プラズマガス供給穴７１を介して、トーチユニットＴの側方から長尺チャンバ内部の空間６７に供給される。また、石英ブロック６４が、空気層を介して、接地された導体ケースとしての真鍮ブロック６５の内部に収納されている。
【０１５０】
このような構成によれば、石英製部品の点数を少なくすることができ、簡単な構成のプラズマ処理装置を実現できる。さらに、石英ブロック６４と真鍮ブロック６５又は真鍮蓋６６の間の隙間にＡｒなどの不活性ガスが侵入することで発生する恐れのある異常放電を、効果的に避けることができる。Ａｒなどの不活性ガスの滞留をより確実に抑制するには、空気層をトーチユニット外部の空間と連通させる穴を設けたり、ファンなどを使って、空気層の気体とトーチユニット外部の空間にある気体との交換を促進したりすることも有効である。
【０１５１】
なお、ここでは、トーチユニット外部の空間の雰囲気が空気であることを前提に説明したが、トーチユニット外部の空間の雰囲気がＮ２などの不活性かつ大気圧での放電開始電圧が高いガスである場合も、同様の効果がある。あるいは、この空気層に空気やＮ２などを流量制御機器を用いて供給し、Ａｒなどの不活性ガスの滞留を避けることも有効である。
【０１５２】
また、本第９実施形態においては、石英ブロック６４、ひいては誘導結合型プラズマトーチユニットＴの軽量化を図ることができるという利点もある。
【０１５３】
なお、プラズマガス供給穴７１は、プラズマ噴出口６８と平行なスリット状のガス出口であってもよいし、プラズマ噴出口６８と平行に配置された多数の穴状のガス出口であってもよい。
【０１５４】
図１９Ａ〜図２６には、前記実施形態の種々の変型例を示している。なお、６１は基材載置台、６２は基材、６６は真鍮蓋、７２は石英管、７３はシールドガスノズル、７４はシールドガスマニホールド、７５は冷却水配管、７６は真鍮ブロック、７７は樹脂ケース、７８は冷却水マニホールド、７９は銅ブロック、８０はプラズマガス供給管、８１は薄膜、８２は石英管である。
【０１５５】
また、プラズマガス供給配管７０が接地された導体に囲まれる構成としてもよい。プラズマガス供給配管７０が誘電体製である場合は、配管内部に高周波電磁界が照射され、配管内部で望ましくない放電を生じることがある。プラズマガス供給配管７０が接地された導体に囲まれる構成とすることにより、このような望ましくない放電を効果的に抑制できる。
【０１５６】
以上述べた熱プラズマ処理装置は、本発明の適用範囲のうちの典型例を例示したに過ぎない。
【０１５７】
本発明の種々の構成によって、基材２の表面近傍を高温処理することが可能となるが、従来例で詳しく述べたＴＦＴ用半導体膜の結晶化又は太陽電池用半導体膜の改質に適用可能であることは勿論、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化若しくは脱ガス低減、又は、シリカ微粒子の集合体で構成される誘電体層の表面平坦化若しくは脱ガス低減、又は、種々の電子デバイスのリフロー、又は、固体不純物源を用いたプラズマドーピングなど、様々な表面処理に適用できる。また、本発明は、太陽電池の製造方法において、シリコンインゴットを粉砕して得られる粉末を基材上に塗布し、これにプラズマを照射して溶融させ多結晶シリコン膜を得る方法にも適用可能である。
【０１５８】
また、プラズマトーチユニット３，３Ａ，３Ｂ，又は，Ｔなどを、固定された基材載置台１又は６１に対して走査する場合を例示したが、固定されたプラズマトーチユニット３，３Ａ，３Ｂ，又は，Ｔなどに対して、基材載置台１又は６１を移動装置で走査するようにしてもよい。
【０１５９】
また、螺旋形のソレノイドコイル９，９Ａ〜９Ｆ，２２〜２４などは、図１５Ｂに示すように、特開平８−８３６９６号公報に開示されているような、多重の螺旋形のコイル９Ｈであってもよい。このような構成とすることにより、ソレノイドコイルのインダクタンスを低減し、電力効率の改善を図ることができる。これは、処理したい基材２の幅が大きい場合、すなわち、誘導結合型プラズマトーチユニット又はソレノイドコイルが長尺方向に長くなる場合に特に有効である。
【０１６０】
また、ガス供給装置４０，４０Ｂから各ガス噴出口１８，１９，２０へガスを供給するとき、各ガス噴出口１８，１９，２０の複数の開口から均一なガス供給を行うため、マニホールドを介して供給するようにしてもよい。
【０１６１】
また、図９Ｂ又は図１０Ｂに示すように、コイル延出方向と平行に、各ガス噴出口１８，１９，２０は点状の開口が複数並べられて配置されていてもよく、あるいは、コイル延出方向と平行に線状（スリット状）の開口が配置されていてもよい。
【０１６２】
また、金属材料で構成される部品を用いた構成を例示したが、金属材料で構成される部品のうち、筒状チャンバ７の内壁にあたる部分を絶縁体材料でコーティングすることにより、プラズマへの金属材料の混入を防ぐとともにアーク放電を抑制することも可能である。
【０１６３】
また、プラズマの着火を容易にするために、着火源を用いることも可能である。着火源としては、ガス給湯器などに用いられる点火用スパーク装置などを利用できる。
【０１６４】
また、この明細書においては、簡単のため「熱プラズマ」という言葉を用いているが、熱プラズマと低温プラズマとの区分けは厳密には難しく、また、例えば、非特許文献（田中康規ほか、「熱プラズマにおける非平衡性」プラズマ核融合学会誌、Ｖｏｌ．８２、Ｎｏ．８（２００６）ｐｐ．４７９−４８３）において解説されているように、熱的平衡性のみでプラズマの種類を区分することも困難である。本発明は、基材２を熱処理することを一つの目的としており、熱プラズマ、熱平衡プラズマ、高温プラズマなどの用語にとらわれず、高温のプラズマを照射する技術に関するものに適用可能である。
【０１６５】
また、基材２の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理する場合について詳しく例示したが、反応ガスによるプラズマ又はプラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射して基材を低温プラズマ処理する場合においても、本発明は適用できる。プラズマガス又はシースガスに反応ガスを混ぜることにより、反応ガスによるプラズマを基材へ照射し、エッチング又はＣＶＤが実現できる。あるいは、プラズマガス又はシースガスとしては希ガス又は希ガスに少量のＨ２ガスを加えたガスを用いつつ、シールドガスとして反応ガスを含むガスを供給することによって、プラズマと反応ガス流を同時に基材へ照射し、エッチング又はＣＶＤ又はドーピングなどのプラズマ処理を実現することもできる。プラズマガス又はシースガスとしてアルゴンを主成分とするガスを用いると、実施例で詳しく例示したように、熱プラズマが発生する。
【０１６６】
一方、プラズマガス又はシースガスとしてヘリウムを主成分とするガスを用いると、比較的低温のプラズマを発生させることができる。このような方法で、基材をあまり加熱することなく、エッチング又は成膜などの処理が可能となる。
【０１６７】
エッチングに用いる反応ガスとしては、ハロゲン含有ガス、例えば、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙは自然数）、ＳＦ６などがあり、シリコン又はシリコン化合物などをエッチングすることができる。反応ガスとしてＯ２を用いれば、有機物の除去、レジストアッシングなどが可能となる。ＣＶＤに用いる反応ガスとしては、モノシラン、ジシランなどがあり、シリコン又はシリコン化合物の成膜が可能となる。
【０１６８】
あるいは、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ）に代表されるシリコンを含有した有機ガスとＯ２の混合ガスを用いれば、シリコン酸化膜を成膜することができる。その他、撥水性又は親水性を改質する表面処理など、種々の低温プラズマ処理が可能である。従来技術（例えば、特許文献７に記載のもの）に比較すると、誘導結合型であるため、単位体積あたり高いパワー密度を投入してもアーク放電に移行しにくいため、より高密度なプラズマが発生可能であり、その結果、速い反応速度が得られ、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理することが可能となる。
【０１６９】
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【０１７０】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形又は修正は明白である。そのような変形又は修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
以上のように、本発明にかかるプラズマ処理装置及び方法は、ＴＦＴ用半導体膜の結晶化又は太陽電池用半導体膜の改質に適用可能であることは勿論、プラズマディスプレイパネルの保護層の清浄化若しくは脱ガス低減、又は、シリカ微粒子の集合体で構成される誘電体層の表面平坦化若しくは脱ガス低減、又は、種々の電子デバイスのリフローなど、様々な表面処理において、基材の表面近傍をごく短時間だけ均一に高温熱処理するに際して、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理する上で有用な発明である。【０１７２】
また、本発明にかかるプラズマ処理装置及び方法は、種々の電子デバイスなどの製造における、エッチング又は成膜又は表面改質などの低温プラズマ処理において、基材の所望の被処理領域全体を短時間で処理する上で有用な発明である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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